Fotosintesi artificiale: i chimici imitano le piante
Con la fotosintesi artificiale, l'uomo potrebbe utilizzare l'energia solare per legare l'anidride carbonica e produrre idrogeno
La fotosintesi è un processo meraviglioso: le piante lo utilizzano per produrre molecole di zucchero e ossigeno dai semplici materiali di partenza anidride carbonica e acqua. L'energia necessaria per questo complesso processo proviene dalla luce del sole.
Ecco come si presenta la pila di quattro coloranti sintetizzata a Würzburg. Rappresenta un ulteriore passo avanti verso la fotosintesi artificiale perché assorbe l'energia luminosa e la trasmette in modo rapido ed efficiente nella pila.
Leander Ernst / Universität Würzburg
Se l'uomo potesse imitare la fotosintesi, avrebbe molti vantaggi. L'energia gratuita del sole potrebbe essere utilizzata per rimuovere l'anidride carbonica dall'atmosfera e utilizzarla per costruire carboidrati e altre sostanze utili. Sarebbe inoltre possibile produrre idrogeno, poiché la fotosintesi scinde l'acqua nei suoi componenti ossigeno e idrogeno.
Fotosintesi: un processo complesso con molti partecipanti
Non c'è quindi da stupirsi che molti ricercatori stiano lavorando alla fotosintesi artificiale. Non è facile, perché la fotosintesi è un processo estremamente complesso: si svolge nelle cellule delle piante in molte singole fasi e coinvolge numerosi coloranti, proteine e altre molecole. Tuttavia, la scienza compie costantemente nuovi progressi.
Uno dei principali ricercatori nel campo della fotosintesi artificiale è il chimico Frank Würthner della Julius-Maximilians-Universität (JMU) di Würzburg in Baviera, Germania. Il suo team è ora riuscito a imitare una delle prime fasi della fotosintesi naturale con una sofisticata disposizione di coloranti artificiali e ad analizzarla con maggiore precisione.
I risultati sono stati ottenuti in collaborazione con il gruppo del professor Dongho Kim dell'Università Yonsei di Seul (Corea). Sono stati pubblicati sulla rivista Nature Chemistry.
Trasporto di energia veloce ed efficiente in un sistema di impilamento
I ricercatori sono riusciti a sintetizzare una pila di coloranti molto simile all'apparato fotosintetico delle cellule vegetali: assorbe l'energia luminosa a un'estremità, la utilizza per separare i portatori di carica e li trasferisce passo dopo passo all'altra estremità attraverso un trasporto di elettroni. La struttura è costituita da quattro molecole di colorante impilate della classe dei bisimidi di perilene.
"Possiamo innescare in modo specifico il trasporto di carica in questa struttura con la luce e lo abbiamo analizzato in dettaglio. È efficiente e veloce. Si tratta di un passo importante verso lo sviluppo della fotosintesi artificiale", afferma il dottorando Leander Ernst, che ha sintetizzato la struttura impilata.
Fili supramolecolari come obiettivo del lavoro di ricerca
Il team di ricerca della JMU intende espandere il nanosistema di molecole di colorante impilate da quattro a più componenti, con l'obiettivo di creare una sorta di filo supramolecolare che assorba l'energia luminosa e la trasporti in modo rapido ed efficiente su distanze maggiori. Si tratterebbe di un ulteriore passo avanti verso nuovi materiali fotofunzionali che possono essere utilizzati per la fotosintesi artificiale.
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